Verfahren zur Faserstoffbehandlung der o. g. Art werden im Allgemeinen auch als Mahlverfahren bezeichnet. Seit langem ist bekannt, dass Zell- stofffasern gemahlen werden müssen, damit das später daraus hergestell- te Papier die gewünschten Eigenschaften, insbesondere Festigkeiten, Formation und Oberfläche, aufweist. Die weitaus am häufigsten verwen- deten Mahlverfahren benutzen solche Mahlflächen, die mit als Messer bezeichneten Leisten versehen sind. Die entsprechenden Maschinen wer- den zumeist Messerrefiner genannt. Für Spezialfälle werden auch Mahl- verfahren verwendet, bei denen mindestens eine der Mahlflächen messer- los ist, so dass die Mahlarbeit durch Reib-oder Scherkräfte übertragen wird.

Die Wirkung des Verfahrens lässt sich durch Ändern der Mahlparameter in einem weiten Bereich steuern, wobei neben der Höhe der Ausmahlung insbesondere auch unterschieden wird, ob eine stärker schneidende oder stärker fibrillierende Mahlung gewünscht wird. Werden Zellstofffasern durch die bekannten Mahlverfahren bearbeitet, so steigt ihr Entwässe- rungswiderstand mit zunehmender Ausmahlung. Ein übliches Maß für den Entwässerungswiderstand ist der Mahlgrad nach Schopper-Riegler.

Die Erhöhung des Mahlgrades wirkt sich bei der Blattbildung auf der Papiermaschine ungünstig aus, wird aber hingenommen, da die bereits genannten Qualitätsmerkmale des Zellstoffes eine überragende Rolle für dessen Einsetzbarkeit spielen. In vielen Fällen werden die Mahlparameter so gewählt, dass der zur Erreichung der geforderten Faserqualität einge- tretene Mahlgradanstieg möglichst gering ist. Diese Einflussmöglichkeit ist aber sehr begrenzt. Außerdem kann dadurch die Mahlung kraftwirtschaft- lich ungünstiger werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Faserstoff- behandlung zu schaffen, mit dem es möglich ist, Zellstoff-oder Papierfa- sern so zu verändern, dass die Festigkeiten des daraus hergestellten Papiers erhöht werden. Die dabei auftretende Zunahme des Entwässe- rungswiderstandes soll zumindest geringer sein als bei bekannten Mahl- verfahren.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Das neue Mahlverfahren arbeitet im Wesentlichen so, dass eine mahlende Scherbeanspruchung der Zellstofffasern weitestgehend vermieden wird.

Dadurch werden im Wesentlichen gegenüber den bekannten Mahlverfah- ren drei wichtige Vorteile erzielt : 1. Die Faserlänge bleibt wesentlich besser erhalten.

2. Die Faseroberfläche wird nicht oder bedeutend weniger fibrilliert.

3. Die spezifische Mahlarbeit zur Erreichung der gewünschten Festig- keiten ist im Allgemeinen geringer.

Vergleichsversuche mit Langfaserzellstoff haben gezeigt, dass zur Erzie- lung einer Reißlänge von 8 km bei einer Messermahlung 45° SR Mahlgrad entstand und mit dem neuen Verfahren nur 18° SR. Die benötigte spezifi- sche Mahlarbeit lag bis zu 50% niedriger.

Es ist anzunehmen, dass durch das neue Mahlverfahren die Oberfläche der Fasern so verändert wird, dass sie eine verbesserte Flexibilität und Bindungsfähigkeit erhält, ohne dass Fibrillen aus der äußeren Oberfläche der Fasern herausgelöst werden müssen. Auch die Erzeugung von Fein- stoff, also Faserbruchstücken, kann unterbleiben.

Wird das Verfahren auf rezyklierte Fasern angewendet, können die unter 1. und 2. genannten Vorteile eine besondere Rolle spielen. Rezyklierte Fasern haben bereits mindestens einen, oft sogar mehrere Mahlvorgänge hinter sich, so dass jede weitere Zerkleinerung gerne vermieden wird.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnun- gen. Dabei zeigen : Fig. 1 ein einfaches Beispiel zur Durchführung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens ; Fig. 2 Schematisch : Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- rens ; Fig. 3 Variation des Rollenprofils ; Fig. 4 schematisch in Gebrauchslage : Eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ; Fig. 5 Qualitatives Festigkeitsdiagramm.

Die Darstellung in der Fig. 1 kann als Ansicht von oben auf einen Teil einer zur Durchführung des Verfahrens besonders geeigneten Vorrichtung angesehen werden. Dabei sind allerdings keine technisch-konstruktiven Details gezeigt. Die Mahlfläche 1 befindet sich gemäß dieser Darstellung auf dem Außenumfang eines rotierenden Mahlkörpers 9. Die Mahlfläche 2, als Innenseite einer ebenfalls rotierenden Mahltrommel 8, trägt auf ihrer Innenseite den zu mahlenden Faserstoff F, also die die Papier-oder Zellstofffasern enthaltende wässrige Suspension. Auf Grund der Zentrifu- galkräfte wird er gleichmäßig auf der Mahlfläche 2 verteilt und rotiert auf dieser mit. Die Umfangsgeschwindigkeit des Mahlkörpers 9 ist durch einen Richtungspfeil 6 und die der Mahltrommel 8 durch einen Rich- tungspfeil 7 angedeutet. Die Kinematik dieser beiden Mahlflächen ist erfindungsgemäß so, dass an der Stelle 5, an der sich die beiden Mahlflä- chen am meisten nähern, höchstens eine sehr geringe Relativgeschwin- digkeit zwischen dem Faserstoff F und den Mahlflächen in Richtung der Hauptbewegungen der Mahlflächen entsteht. Die Haupt- Bewegungsrichtungen entstehen durch Bewegung der Mahlflächen auf Grund des Antriebs. Der Mahlkörper 9 wälzt sich dabei hier auf der In- nenseite der Mahltrommel 8 ab. Die Drehachse des Mahlkörpers 9 ist parallel zu der der Mahltrommel 8 und kann raumfest sein. An der Stelle, an der die Mahlfläche 1 in die Schicht des Faserstoffs F eintaucht, beginnt die eigentliche Mahlzone 3. Um eine Kompressionskraft zu erzeugen, wird hier der Mahlkörper 9 mit der Kraft P gegen die Mahlfläche 2 angepresst.

Durch Verändern dieser Kraft lässt sich die Mahlwirkung einstellen. Als vorteilhaft haben sich Linienkräfte zwischen 2 und 10 N/mm erwiesen.

Bei dieser Angabe wird die Kraft auf die Breite der kontaktierenden Mahl- körper bezogen, ohne die Ausdehnung der Berührungsfläche in Laufrich- tung zu berücksichtigen. In der Mahlzone 3 entsteht dadurch eine Faser- behandlung mit Kompressions-und Quetschvorgängen, die die Fasern sehr schonend flexibilisieren. Nennenswerte Scher-oder gar Schnittkräfte werden auf die Fasern nicht übertragen.

Die Mahlfläche 1 ist hier mit Rillen 4 versehen, deren Wirkung nicht mit der von Messern bekannter Messerrefiner zu vergleichen ist, bei denen die Messer mit hoher Geschwindigkeit relativ zueinander bewegt werden. Hier erzeugen die Rillen 4 im Zusammenwirken mit der Gegenfläche Druckim- pulse, die z. B. der Wasseraufnahme der Fasern dienen. Sie sorgen auch für den Transport des Faserstoffes F durch die Mahlzone 3. Die Rillen können über die ganze axiale Länge des Mahlkörpers verlaufen, sie kön- nen aber auch unterbrochen sein. Tiefe t und Breite u sollten im Allge- meinen mindestens 2 mm betragen. Es sind auch Abweichungen von dem hier gezeigten Rechteckprofil denkbar, wie Fig. 3 an Hand eines Tra- pezprofiles exemplarisch zeigt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens könnte grundsätzlich so aufgebaut sein, wie es die Fig. 2 in Gebrauchslage zeigt. Man erkennt eine horizontal angeordnete Mahltrommel 8, die über den Antrieb 11 in Rotation versetzt wird. Innerhalb dieser Mahltrommel befinden sich meh- rere Mahlkörper 9, die-wie bereits beschrieben wurde-so bewegt wer- den, dass sich eine Abwälzbewegung an den Kontaktstellen zur Mahl- trommel 8 ausbildet. Die Mahlkörper 9 werden durch den Antrieb 10 in Rotation versetzt, wobei ihre Rotationsachsen senkrecht und raumfest sind. Der zugegebene Faserstoff F kann mit einer solchen Vorrichtung absatzweise gemahlen und nach dem Mahlvorgang als ausgemahlener Faserstoff F'entnommen werden. Soll eine solche Vorrichtung kontinuier- lich betrieben werden, müssen Vorkehrungen getroffen werden, die einen stetigen Durchsatz des Faserstoffes bewirken, so dass eine gleichmäßige Mahlung erfolgt.

Eine andere Möglichkeit zur Durchführung des Verfahrens zeigt die Fig. 4, bei der die Mittellinien der Mahltrommel 8 und der Mahlkörper 9 waage- recht liegen. Diese Vorrichtung gestattet die kontinuierliche Mahlung, was allerdings voraussetzt, dass mit wenigen Durchgängen durch eine Mahl- zone bereits die gewünschte Ausmahlung erreicht wird. In die stillstehen- de Mahltrommel 8 wird eine breite Schicht des zu mahlenden Faserstoffs F so eingegeben, dass sie auf Grund der Schwerkraft an der Innenwand der Mahltrommel herabläuft. Der Mahlkörper 9 wälzt sich dadurch an der Innenwand der Mahltrommel 8 ab, dass sich die Rotationsbewegung (Richtungspfeil 6) des Mahlkörpers 9 um seine Achse mit einer Rotations- bewegung (Richtungspfeil 6') der Achse des Mahlkörpers 9 um die Mittelli- nie der Mahltrommel 8 überlagert. In der Regel enthält eine solche Vor- richtung mehrere Mahlkörper 9, die auf einem rotierenden Gestell gelagert sind. Durch Wahl der Zugabe-und Entnahmestellen des Faserstoffs F kann dessen Strömungsgeschwindigkeit reguliert werden. Die Mahlkörper können dem Strom des Faserstoffs entgegenlaufen (wie hier gezeichnet) oder ihm folgen.

Die Verbesserung, die sich durch das neue Verfahren erzielen lässt, ist an einem schematischen Diagramm gemäß Fig. 5 angedeutet. Dieses Dia- gramm zeigt den Mahlgrad (Pfeil 12), aufgetragen über die Reißlänge (Pfeil 13). Die Kurve 14 gibt das Ergebnis einer konventionellen Messermahlung wieder und die Kurve 15 ein durch das neue Verfahren erzieltes Ergebnis.

Man erkennt ohne weiteres, dass zur Erzielung einer gewünschten hohen Reißlänge nach dem neuen Verfahren ein deutlich geringerer Mahlgrad erzeugt wird. Dieses Diagramm soll nur grundsätzliche Tendenz zeigen.